Новые компании

Солнечные коллекторы – эффективное решение для дома

Краткое описание:

1. Принцип работы
2. Могут ли они заменить традиционные источники тепловой энергии?
3. Возможность применения в частном секторе
4. Существующие типы коллекторов. Их достоинства и недостатки
5. Открытые (воздушные) коллекторы
6. Вакуумные коллекторы
7. Плоские коллекторы
8. Оценка тепловой эффективности

 

Принцип работы

Солнечный коллектор – это установка для преобразования в тепловую энергию солнечного излучения. Принцип их работы очень простой. Теплоноситель, в качестве которого чаще всего выступает жидкость (реже – газ), расположенный в стеклянной колбе, нагревается при помощи солнечного излучения. Далее тепло, полученное теплоносителем, передается в тепловой аккумулятор (бак с водой).

Солнечный коллектор

 

Могут ли они заменить традиционные источники тепловой энергии?

В последнее время альтернативной энергетике уделяется все больше внимания, и солнечные коллекторы сегодня уже называют достойной заменой традиционным системам нагрева воды для бытовых нужд и систем отопления. Основным достоинством данных приборов является большой процент поглощения тепла и низкие тепловые потери. Использование таких коллекторов позволяет снизить затраты, связанные с нагревом горячей воды и обогревом помещения, а также способствует снижению зависимости от газовой или электрической сети, а в отдельных случаях позволяет и вовсе отказаться от использования центральных сетей.

Использование солнечных коллекторов

 

Возможность применения в частном секторе

В настоящее время данные системы активно применяются, как в промышленных масштабах, так и в частных домохозяйствах. Благодаря массовому производству стоимость этой продукции постоянно снижается, поэтому солнечные коллекторы становятся доступны широкому кругу потребителей. Сегодня производители предлагают солнечные коллекторы для бытового использования, срок эксплуатации которых достигает 25 лет и более.

Использование солнечных коллекторов

 

Существующие типы коллекторов. Их достоинства и недостатки

Открытые (воздушные) коллекторы

Эти приборы имеют самую простую конструкцию среди аналогов. Конструктивно они представляют собой выполненную из пластика или резины поверхность, характеризующуюся высоким коэффициентом поглощения и устойчивую к воздействию ультрафиолетового излучения.

Солнечные коллекторы открытого типа (как понято из названия) не имеют стеклянной защитной оболочки теплопоглощающего слоя. Соответственно теплоносителем в них выступает воздух. Применяются гелиосистемы открытого типа в основном для подогрева в бассейнах воды.

Географическая эксплуатация воздушных коллекторов ограничена странами с высокой солнечной активностью и теплым климатом. Что касается Украины, то их использование эффективно только в южных и юго-восточных регионах. Если учитывать, что для нагрева воды в бассейне зачастую пользуются отдельными навесными котельными агрегатами, работающими на газу, то применение для этих целей воздушного солнечного коллектора  позволит снизить расход газа до 75%, при этом использовать открытый бассейн для купания можно будет с конца марта.

Открытые воздушные коллекторы



Преимущества:
 

  • простая конструкция;

  • легкость монтажа;

  • небольшой вес конструкции;

  • наименьшая стоимость среди аналогов.

Недостатки:
 

  • низкое значение КПД;

  • большая зависимость эффективности работы установки от разности температур, наличия ветра, облачности и т.д.;

  • ограниченная область применения (в основном только для бассейнов);

  • сильная чувствительность к низким температурам;

  • пониженный срок службы.


Вакуумные коллекторы

Данные устройства конструктивно состоят из стеклянных труб, в которых выкачан воздух. В вакуумных моделях в качестве теплоизолятора выступает вакуум, образующийся между теплопоглощающим слоем и стеклом колбы. Он способствует снижению теплопотерь и устраняет еще один недостаток, присущий открытым моделям – зависимость величины КПД устройства от разности температур внутри трубки и наружного воздуха.

Обтекаемая конструкция трубок позволяет улавливать большое количество солнечной энергии и сохранять до 95% от него, при этом КПД устройства всегда остается высоким (даже при низкой температуре). Кроме того вакуумные коллекторы обладают зеркальным эффектом, который сводит к минимуму зависимость между высотой солнца над горизонтом и  теплоотдачей прибора, что позволяет выравнивать последнюю, как в течение суток, так и на протяжении всего года.

Вакуумные коллекторы



Климатические условия в Украине, к сожалению, не позволяют полностью реализовать весь потенциал вакуумных коллекторов из-за негативных воздействий снега и инея. Они могут долго задерживаться на стеклянных трубках (чему способствуют теплоизоляционные свойства вакуума), что существенно снижает теплоотдачу. К отрицательным последствиям (повреждению колб) может привести и выпадение крупного града.

Многие производители выпускают коллекторы с тепловой трубкой. Их конструкция предусматривает наличие специальной колбы, наполненной испаряющейся жидкостью и соединенной с конденсатором в теплообменнике (такую систему еще называет «труба в трубе»). Улавливаемая тепловая энергия передается поглотителем этой тепловой трубке и находящаяся в ней жидкость начинает испаряться, образовывая пар, который в свою очередь поступает в конденсатор. Из-за отсутствия прямой связи между испаряющейся жидкостью и внешним контуром системы, при поломке одной или нескольких труб их можно спокойно заменить, не останавливая работу полностью заполненной установки.

Вакуумный коллектор



Преимущества:
 

  • большое значение КПД на протяжении всего года;

  • высокая эффективность работы при низких температурах (когда отсутствует снег);

  • хорошая поглощающая способность.

 

Недостатки:
 

  • высокая стоимость;

  • низкая надежность (стеклянные трубки подвержены механическим повреждениям, градом, другими предметами, в них постепенно может исчезнуть вакуум и т.д.);

  • выпадение снега и образование инея приводят к снижению теплоотдачи (иногда до 0);

  • отсутствие самоочистки, а учитывая, что такие приборы зачастую устанавливают на крышах, туда придется постоянно забираться для уборки снега с трубок;

  • большие габариты и вес в сравнении с коллекторами других типов.

 

Плоские коллекторы

Эти устройства можно уверено назвать самым распространенным на сегодняшний день типом коллекторов, поскольку это усовершенствованные версии традиционных вакуумных моделей, имеющие оптимальные показатели эффективности, длительный срок эксплуатации и умеренную стоимость. В плане технической реализации они являются достаточно простыми устройствами (самым сложным элементом в конструкции является теплопоглощающее покрытие).

Плоские солнечные коллекторы



Внешние такие солнечные коллекторы представляет собой прямоугольные панели с прозрачной наружной стенкой, в качестве которой используется обычное, ударопрочное либо каленое стекло с коэффициентом пропускания до 95%. Под ним расположены трубки с теплоносителем (водой, либо незамерзающей жидкостью). Задняя панель покрыта теплоизолирующим материалом (коэффициент поглощения до 90%). Иногда вместо стекла используется поликарбонат – разновидность стекла с малым содержанием железа (хорошо пропускает лучи солнца).

Работа плоских солнечных коллекторов основана на принципе парникового эффекта – попадающее на его поверхность излучение практически полностью проникает сквозь стекло и улавливается теплопоглощающей поверхностью.  Передача тепла в систему производится благодаря специальным конструктивным элементам, изготовленным из меди или алюминия.

Плоские солнечные коллекторы



Основным показателем работы солнечных коллекторов является объем нагретой воды, полученный с 1 м2 его поверхности. Для данного типа устройств этот показатель в климатических регионах Украины достигает 50 л нагретой воды (50–60 °С) в день.

Преимущества:

 

  • высокая надежность конструкции при всей ее простоте;

  • большая эффективность;

  • легче в изготовлении, соответственно меньше стоимость;

  • способность к самоочищению от снега и инея;

  • возможность круглогодичной эксплуатации;

  • большой срок службы.

Плоский солнечный коллектор


Недостатки:
 

  • КПД ниже, чем у вакуумных моделей (особенно в холодный период года) и больше теплопотери;

  • плохо обтекаемая форма;

  • большая нагрузка на конструкцию в случае сильного ветра.

 

Оценка тепловой эффективности

Для наглядности сравним характеристики тепловой эффективности всех рассмотренных типов коллекторов. Ниже представлен график КПД для каждого из них (мощность солнечного излучения берем равной 600 Вт/м2)

График КПД солнечных коллекторов



1 – график вакуумного трубчатого коллектора
2 – график плоского коллектора, имеющего селективное покрытие
3 – график открытого солнечного коллектора

Как видим на данном этапе развития данных устройств наилучшие результаты показывают вакуумные модели. Однако, учитывая тот факт, что КПД плоских коллекторов не существенно ниже, но при этом цена на такие приборы меньше, их конструкция надежнее и им не грозит частое скопление снега, для эксплуатации в условиях климата Украины лучшим вариантом будут именно плоские коллекторы.

По материалам: http://220volt.com.ua
 

Пока нет комментариев к данной статье.
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии к статьям!